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JP2016534267A - Self-cooling engine - Google Patents

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Abstract

【課題】高強度圧縮スワール(HICS)が、燃焼ストロークの終わりに生成され、効率的な燃料燃焼及び最大エネルギーの即時の解放を可能とする。【解決手段】シリンダと、そのシリンダの内側で自由に往復動するターボピストンを備えるシリンダヘッドを有する自冷式エンジン。シリンダヘッドは、そのシリンダ内への混合気の周方向吸い込みを達成するバルブを有する。バルブ機構は、カムシャフトによる円筒状カムによって閉鎖および開放される。混合気の周方向吸い込みは、シリンダが自己を冷却し、エネルギーセンタで燃料を効果的に燃焼することを可能とする。混合気の吸入ストリームは、シリンダ壁を冷却するファンとして働く、ピストン上のインペラーを回転する。インペラーブレードは、炎がシリンダ壁に到着することから逸らせ、エネルギーセンタとシリンダ壁との間に熱障壁として働く。A high strength compressed swirl (HICS) is generated at the end of a combustion stroke to enable efficient fuel combustion and immediate release of maximum energy. A self-cooling engine having a cylinder head including a cylinder and a turbo piston that freely reciprocates inside the cylinder. The cylinder head has a valve that achieves circumferential suction of the air-fuel mixture into the cylinder. The valve mechanism is closed and opened by a cylindrical cam by a camshaft. The circumferential suction of the mixture allows the cylinder to cool itself and burn the fuel effectively at the energy center. The intake stream of air-fuel mixture rotates an impeller on the piston that acts as a fan that cools the cylinder wall. The impeller blade deflects the flame from reaching the cylinder wall and acts as a thermal barrier between the energy center and the cylinder wall.

Description

本出願は、2013年9月25日に出願された米国仮特許出願第61/882,529号の優先権を主張し、本明細書の一部を構成するものとして、内容を援用する。   This application claims the priority of US Provisional Patent Application No. 61 / 882,529 filed on September 25, 2013, the contents of which are incorporated herein by reference.

本主題の技術は、概して、輸送、発電及び産業用途に関し、特に、複雑な冷却システムを必要とすることなくエネルギーを発生させる技術に関する。   The subject technology generally relates to transportation, power generation and industrial applications, and more particularly to technology for generating energy without the need for complex cooling systems.

内燃機関の燃焼効率は、主に、混合気の品質に依存する。a)吸気マニフォルド、b)シリンダヘッド、c)ピストンの頂部でスワールを発生することは、良好な熱力学効率を達成することにおいて極めて重要な役割を果たす。スワールは、渦流、タンブル流、スキッシュ及び乱流のような異なる形態で発生する。スパーク点火(SI)エンジンでは、混合気のスワーリング(スワール発生)は、吸気ストローク中に達成され、吸気マニフォルド又はピストン上の特別に形成されたコンターで発生する吸気スワールと呼ばれる。   The combustion efficiency of an internal combustion engine mainly depends on the quality of the air-fuel mixture. Generating swirl at the top of the a) intake manifold, b) cylinder head, c) piston plays a crucial role in achieving good thermodynamic efficiency. Swirl occurs in different forms such as vortex, tumble, squish and turbulence. In a spark ignition (SI) engine, air-fuel mixture swirling (swirl generation) is accomplished during the intake stroke, referred to as intake swirl, which occurs in a specially formed contour on the intake manifold or piston.

圧縮点火(CI)エンジンでは、スワーリングは、圧縮ストロークの終わりに達成され、シリンダヘッドに発生される圧縮スワールと呼ばれる。球形のスワール室は、ディーゼル燃料が噴射されるシリンダヘッドに形成される。圧縮ストローク中、圧縮空気を球形スワール室に押し込むことで、噴射燃料を完全に混合し、効率的な燃焼を達成できる。これらの技術によって引き起こされるスワールは、有害なエミッションを生成すると共に、燃料効率における僅かな向上を達成するに過ぎないシリンダやシリンダヘッドの小さな領域に局所化される。   In a compression ignition (CI) engine, swirling is accomplished at the end of the compression stroke and is referred to as a compression swirl generated at the cylinder head. A spherical swirl chamber is formed in the cylinder head into which diesel fuel is injected. By pushing compressed air into the spherical swirl chamber during the compression stroke, the injected fuel can be thoroughly mixed and efficient combustion can be achieved. The swirls caused by these techniques generate localized emissions and are localized to small areas of the cylinder and cylinder head that only achieve a slight increase in fuel efficiency.

冷却媒体に対する熱損失は、ピストンへの有効な働きよりも多い。消費燃料の全熱の三分の一以上が冷却媒体及び冷却システム付属物に失われる。従来の技術では、冷却媒体に対する熱損失の防止に関して、好適な結果を得られていない。   The heat loss to the cooling medium is more than the effective work on the piston. More than one third of the total heat of the consumed fuel is lost to the cooling medium and cooling system accessories. In the prior art, favorable results have not been obtained with respect to prevention of heat loss to the cooling medium.

CIエンジンは、発生された熱の三分の一を超える熱がシリンダ壁に移行されるという、より大きな落とし穴に悩まされる。燃焼プロセス中に、炎は、全ての方向へ突然伝搬し、且つシリンダ壁を介して冷却媒体に大量の熱を伝導する。燃焼室がジルコン系セラミックで被覆されて周囲に対する熱損失を7%まで防止する遮熱型(LHR)エンジンは、1980年代に開発された。ガソリンエンジンにおいて、セラミック材料を使用することによって、吸気の過加熱を引き起こし、高付加動作における望ましくないエンジンノックとなる。これらの理由のために、LHRエンジンの研究が中断された。   CI engines suffer from a larger pitfall where more than one-third of the heat generated is transferred to the cylinder wall. During the combustion process, the flame suddenly propagates in all directions and conducts a large amount of heat to the cooling medium through the cylinder wall. A thermal barrier (LHR) engine was developed in the 1980s in which the combustion chamber was coated with zircon ceramic to prevent heat loss to the surroundings up to 7%. In gasoline engines, the use of ceramic materials causes overheating of the intake air, resulting in undesirable engine knock in high addition operation. For these reasons, research on the LHR engine was discontinued.

上述の困難から見て、本願の主題の技術は、内燃機関(100)のシリンダ壁を介する熱損失を排除するための手段を提供するためになされた。また、本技術は、不完全な燃焼に起因するエミッションを無視できるほど僅かにするための、燃料の効率的な燃焼を達成する。   In view of the above difficulties, the subject technology of the present application has been made to provide a means for eliminating heat loss through the cylinder wall of the internal combustion engine (100). The present technology also achieves efficient combustion of the fuel so that the emissions due to incomplete combustion are negligible.

本主題の技術は、シリンダへの混合気の周方向吸気を許容するために円筒形カムによって動作される吸気バルブとしてサンフラワーバルブを含み、このバルブが、シリンダ壁とエネルギーセンタとの間の熱障壁として働く。このように、冷却媒体への実質的な熱損失が防止される。   The subject technology includes a sunflower valve as an intake valve that is operated by a cylindrical cam to allow the circumferential intake of the air-fuel mixture into the cylinder, which is a heat exchanger between the cylinder wall and the energy center. Work as a barrier. In this way, substantial heat loss to the cooling medium is prevented.

吸気ストローク中に、混合気は、渦を巻き、シリンダ壁から熱を一掃する。また、ターボピストンアセンブリを有するシリンダは、完全混合器の理想的な燃焼を確実にする。インペラーブレードは、燃焼ストローク中にシリンダの中心で高負荷圧縮スワール(HICS)を発生するためにスワーリング(渦巻き)運動を激化させる。高負荷圧縮スワールは、効果的な燃焼プロセスに必要な多数の衝突を全ての燃料分子が受けることにより、燃焼効率の向上を確実にする。   During the intake stroke, the mixture swirls and removes heat from the cylinder walls. The cylinder with the turbo piston assembly also ensures ideal combustion of the complete mixer. Impeller blades intensify swirling motion to generate a high-load compression swirl (HICS) at the center of the cylinder during the combustion stroke. High-load compression swirls ensure that combustion efficiency is improved by having all the fuel molecules undergo multiple collisions necessary for an effective combustion process.

高負荷圧縮スワール(HICS)は、使用される燃料に依存して、ダイレクトスワールであってもよいしカウンタースワールであってもよい。   The high load compression swirl (HICS) may be a direct swirl or a counter swirl depending on the fuel used.

一実施形態は、サンフラワー機構、排気バルブ機構及びストロークを介してシリンダ中に移動可能な往復動ピストンアセンブリを備えるシリンダヘッド本体を含むエンジンに関する。   One embodiment relates to an engine that includes a cylinder head body that includes a sunflower mechanism, an exhaust valve mechanism, and a reciprocating piston assembly that is movable through a stroke into a cylinder.

前記シリンダヘッド本体は:吸気マニフォルドと排気マニフォルドが前記シリンダヘッド本体の前記円筒状表面に配置されること;サンフラワーバルブ上部ガイドロック、サンフラワーバルブロック、サンフラワーバルブ下部ガイドロック、サンフラワーバルブアセンブリカバー及び円筒状カムを収容するための、前記シリンダヘッド本体の前記円筒状表面上のバルブロックハウジング;ブラケットが前記カムシャフトとプッシュロッドに対するベアリング支持を提供すること;前記シリンダ軸に沿う前記サンフラワーバルブアセンブリの移動を停止するための前記排気室の前記外側円筒状表面上に配置された環状突起;前記シリンダ軸に沿う前記サンフラワーバルブアセンブリの移動を停止するために前記排気室の前記外側円筒状表面上に配置されたサンフラワーアセンブリサークリップを受容する、前記環状突起の下方の凹所;及びインジェクターと点火プラグを受容するための前記シリンダヘッド本体の前記頂表面のねじ切り穴を備える。   The cylinder head body includes: an intake manifold and an exhaust manifold disposed on the cylindrical surface of the cylinder head body; sunflower valve upper guide lock, sunflower valve block, sunflower valve lower guide lock, sunflower valve assembly A valve block housing on the cylindrical surface of the cylinder head body for receiving a cover and a cylindrical cam; a bracket providing bearing support for the camshaft and push rod; the sunflower along the cylinder axis An annular projection disposed on the outer cylindrical surface of the exhaust chamber for stopping movement of the valve assembly; the outer cylinder of the exhaust chamber for stopping movement of the sunflower valve assembly along the cylinder axis On the surface Receiving Sunflower assembly circlip is location, below the recess of the annular projection; comprises a threaded hole in said top surface of said cylinder head body for receiving and injector and spark plug.

前記吸気マニフォルドに隣接して配置される前記サンフラワーバルブ機構即ち吸気バルブ機構は:吸気ストローク中に混合気を案内するためにエンジンシリンダ軸と同軸的に配置される複数の半径方向チャネルを有するサンフラワーバルブ上部ガイドであって、前記サンフラワーバルブ上部ガイドは、シリンダ軸回りの回転を防止するためにシリンダヘッド本体に固定されていること;混合気をシリンダに案内して周方向スワールを発生するために、エンジンシリンダ軸と同軸的に配置される前記サンフラワーバルブ上部ガイドと一列になっている、複数の螺旋形状の半径方向チャネルを有するサンフラワーバルブ下部ガイドであって、前記サンフラワーバルブ下部ガイドは、シリンダ軸回りの回転を防止するためにシリンダヘッド本体に固定されること;サンフラワーバルブは、前記吸気ストローク中に混合気の流れを許容するためにエンジンシリンダ軸と同共軸的に配置される複数の半径方向チャネルを有することであって、前記サンフラワーバルブは、円筒状カムフォロワーに固定されること、前記カムフォロワーは、前記サンフラワーバルブに対する角運動を提供すること;前記サンフラワーバルブに対する角運動を与えるために前記円筒状カムプロファイルに追従するように前記サンフラワーバルブロックの前記頂表面に配置される前記円筒状カムフォロワー;角度付きスロットが、角度パスに前記円筒状カムフォロワーを案内するために前記シリンダヘッド本体の前記サンフラワーバルブロックハウジングに形成されること;及び前記サンフラワーバルブを閉鎖位置に保つためにサンフラワーバルブスプリングシートに配置されるコイルスプリングを備える。   The sunflower valve mechanism or intake valve mechanism disposed adjacent to the intake manifold includes: a sun having a plurality of radial channels disposed coaxially with an engine cylinder axis to guide an air-fuel mixture during an intake stroke. A flower valve upper guide, wherein the sun flower valve upper guide is fixed to the cylinder head body to prevent rotation around the cylinder axis; guides the air-fuel mixture to the cylinder and generates a circumferential swirl A sunflower valve lower guide having a plurality of helically shaped radial channels in line with the sunflower valve upper guide arranged coaxially with an engine cylinder axis, the sunflower valve lower guide The guide is fixed to the cylinder head body to prevent rotation around the cylinder axis. A sunflower valve having a plurality of radial channels disposed coaxially with an engine cylinder shaft to allow a mixture to flow during the intake stroke; A valve is fixed to a cylindrical cam follower, the cam follower provides angular motion to the sunflower valve; to follow the cylindrical cam profile to provide angular motion to the sunflower valve; The cylindrical cam follower disposed on the top surface of the sunflower valve block; an angled slot in the sunflower valve block housing of the cylinder head body for guiding the cylindrical cam follower in an angular path Formed; and said sunflower valve in a closed position One comprises a coil spring disposed Sunflower valve spring seat for.

前記排気バルブ機構は、燃焼ガスを前記シリンダから排出するために排気バルブカム、プッシュロッド、調節可能ロッカーアーム及び排気バルブを備える。   The exhaust valve mechanism includes an exhaust valve cam, a push rod, an adjustable rocker arm and an exhaust valve for exhausting combustion gas from the cylinder.

前記カムシャフトは、前記カムシャフトの前記円筒形表面に排気バルブと円筒形カムが配置されること;往復運動をプッシュロッドに与えるための排気バルブカム;及び前記円筒形カムフォロワーに及び前記サンフラワーバルブに角運動を与えるための円筒状カムを備える。   The camshaft includes an exhaust valve and a cylindrical cam disposed on the cylindrical surface of the camshaft; an exhaust valve cam for imparting a reciprocating motion to the push rod; and the sunflower valve and the sunflower valve Is provided with a cylindrical cam for imparting angular motion to the lens.

前記ターボピストンアセンブリは、前記ピストンの頂表面に回転可能に配置されるインペラーであって、前記インペラーは、シリンダ軸回りに吸気混合気の力によって回転されること、前記インペラーは、前記シリンダ軸に沿う移動を防止するために前記ピストンに固定されること;及び往復運動を回転運動に変換するための接続ロッドを備える。   The turbo piston assembly is an impeller rotatably disposed on a top surface of the piston, and the impeller is rotated by a force of an air-fuel mixture around a cylinder shaft, and the impeller is mounted on the cylinder shaft. Fixed to the piston to prevent movement along it; and a connecting rod for converting reciprocating motion into rotational motion.

実施形態のサンフラワー機構において、サンフラワーバルブがサンフラワーバルブ上部ガイドとサンフラワーバルブ下部ガイドとの間でシリンダ軸回りに回転可能である一方、前記サンフラワーバルブは、吸気ストローク中に前記シリンダへの混合気流を許容するようにサンフラワーバルブ上部ガイドとサンフラワーバルブ下部ガイドの半径方向チャネルを覆わないこと;及びサンフラワーバルブ下部ガイドの半径方向の螺旋チャネルが前記シリンダ内で周方向スワールを発生するために前記混合気流を周方向へシリンダ内に向けること;前記サンフラワー機構によって発生される周方向スワールがエンジンシリンダの前記壁を冷却すすること;前記サンフラワー機構によって発生される周方向スワールが爆発ストローク中にエンジンシリンダの前記壁への炎の伝搬を防止する。   In the sunflower mechanism of the embodiment, the sunflower valve is rotatable about the cylinder axis between the sunflower valve upper guide and the sunflower valve lower guide, while the sunflower valve is moved to the cylinder during the intake stroke. Do not cover the radial channel of the sunflower valve upper guide and sunflower valve lower guide to allow mixed airflow; and the radial spiral channel of the sunflower valve lower guide generates a circumferential swirl in the cylinder Directing the mixed air flow circumferentially into the cylinder; a circumferential swirl generated by the sunflower mechanism cools the wall of the engine cylinder; a circumferential swirl generated by the sunflower mechanism Engine silin during explosion stroke He said to prevent the propagation of flame to the walls of.

前記ターボピストンアセンブリは、前記エネルギーセンタで高負荷圧縮スワールを引き起こすために、圧縮ストローク中に上方へ移動し、前記高負荷圧縮スワールは、前記エネルギーセンタで混合気を完全に燃焼させる。   The turbo piston assembly moves upward during a compression stroke to cause a high load compression swirl at the energy center, and the high load compression swirl completely burns the air-fuel mixture at the energy center.

従って、本主題の技術の目的の内の一つは、冷却媒体及び排ガスへの熱損失を排除し、引き続いて内燃機関のシリンダに対する冷却システムの必要性を排除する内燃機関の提供である。本主題の技術の他の一つの目的は、内燃機関のシリンダ内の燃料燃焼の効率を向上することである。   Accordingly, one of the objectives of the subject technology is to provide an internal combustion engine that eliminates heat loss to the cooling medium and exhaust gas and subsequently eliminates the need for a cooling system for the cylinders of the internal combustion engine. Another object of the subject technology is to improve the efficiency of fuel combustion in a cylinder of an internal combustion engine.

本願技術は、制限することなく、現在既知の及び将来開発される用途に対するプロセス、装置、システム、デバイス、方法として含む多くの方法で実施及び利用することができる。
本明細書で開示される技術のこれら及び他の独自な特徴は、以下の記載及び添付の図面からより容易に明らかとなる。
The present technology can be implemented and utilized in many ways, including without limitation, as processes, apparatus, systems, devices, methods for currently known and future developed applications.
These and other unique features of the technology disclosed herein will become more readily apparent from the following description and accompanying drawings.

開示された技術が属する通常の技術を有する人々は、その技術を作りそれを使用する方法をより容易に理解するように、以下の図面が参照される。   In order that those having ordinary skill to which the disclosed technology belongs will more readily understand how to make and use that technology, reference is made to the following drawings.

図1は、本願主題の技術に係るエンジンの断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of an engine according to the subject technology.

図2は、図1のエンジンのための吸気マニフォルドと排気マニフォルドを示すシリンダヘッド本体である。   FIG. 2 is a cylinder head body showing an intake manifold and an exhaust manifold for the engine of FIG.

図3は、図1のエンジンのためのサンフラワー機構と排気バルブ機構を示すシリンダヘッド本体である。   3 is a cylinder head body showing a sunflower mechanism and an exhaust valve mechanism for the engine of FIG.

図4は、図1のエンジンのためのシリンダヘッドアセンブリの底面図である。   FIG. 4 is a bottom view of a cylinder head assembly for the engine of FIG.

図5は、図1のエンジンのための露出されたサンフラワー上部ガイドロックとサンフラワーバルブロックを有するカムとフォロワーの拡大図である。   FIG. 5 is an enlarged view of a cam and follower with exposed sunflower upper guide lock and sunflower valve block for the engine of FIG.

図6は、図1のエンジンのためのサンフラワーバルブを開放及び閉鎖するために角度付きスロット内で移動する円筒状カムフォロワーである。   FIG. 6 is a cylindrical cam follower that moves within an angled slot to open and close the sunflower valve for the engine of FIG.

図7は、図1のエンジンのためのシリンダヘッドの完全な断面図である。   FIG. 7 is a complete cross-sectional view of a cylinder head for the engine of FIG.

図7Aは、サンフラワーバルブアセンブリストッパー、排気バルブシート及びサンフラワーバルブアセンブリサークリップを受容するための凹所の拡大図である。   FIG. 7A is an enlarged view of a recess for receiving a sunflower valve assembly stopper, an exhaust valve seat and a sunflower valve assembly circlip.

図8は、図1のエンジンのためのサンフラワーバルブ機構の分解図である。   FIG. 8 is an exploded view of the sunflower valve mechanism for the engine of FIG.

図9は、図1のエンジンのためのサンフラワーバルブとサンフラワーバルブガイドと嵌合するバルブロックのセレーションである。   FIG. 9 is a serration of a valve block that mates with a sunflower valve and sunflower valve guide for the engine of FIG.

図10は、図1のエンジンのためのサンフラワーバルブとインペラーの重要な寸法を示す。   FIG. 10 shows the important dimensions of the sunflower valve and impeller for the engine of FIG.

図11は、図1のエンジンのための閉鎖位置のサンフラワーバルブ機構である。   FIG. 11 is a sunflower valve mechanism in the closed position for the engine of FIG.

図12は、図1のエンジンのための開放位置にあるサンフラワーバルブ機構である。   FIG. 12 is the sunflower valve mechanism in the open position for the engine of FIG.

図13は、図1のエンジンのためのサンフラワーバルブ上部ガイドの平坦な表面に沿うシリンダヘッドアセンブリの断面図であり、カムシャフト軸に関する円筒状カムフォロワーの位置を示す。   13 is a cross-sectional view of the cylinder head assembly along the flat surface of the sunflower valve upper guide for the engine of FIG. 1, showing the position of the cylindrical cam follower relative to the camshaft axis.

図14は、図1のエンジンのためのターボピストンアセンブリの分解図である。   FIG. 14 is an exploded view of a turbo piston assembly for the engine of FIG.

図15は、図1のエンジンのためのターボピストンの断面図である。   15 is a cross-sectional view of a turbo piston for the engine of FIG.

図16は、図1のエンジンのための捩じり圧縮負荷に耐えるための接続ロッドのO−ポジティブ構造体である。   FIG. 16 is an O-positive structure of connecting rods to withstand torsional compression loads for the engine of FIG.

図17は、図1のエンジンのための吸気ストローク中のエンジンであり、矢印は、吸気マニフォルド、吸気室及びサンフラワーバルブ機構を介する混合気の流れを示す。   FIG. 17 is an engine during the intake stroke for the engine of FIG. 1, and the arrows indicate the flow of the air-fuel mixture through the intake manifold, the intake chamber and the sunflower valve mechanism.

図17Aは、エンジンシリンダ内への混合気流を示すサンフラワーバルブアセンブリの部分的拡大図である。   FIG. 17A is a partially enlarged view of the sunflower valve assembly showing the mixed airflow into the engine cylinder.

図18は、図1のエンジンのための圧縮ストローク中のエンジンであり、エネルギーセンタの矢印は、圧縮の結果としての増強スワール(HICS)を示す。   FIG. 18 is an engine during the compression stroke for the engine of FIG. 1, and the energy center arrow indicates the enhanced swirl (HICS) as a result of compression.

図19は、図1のエンジンのための爆発ストローク中のエンジンであり、エネルギーセンタでの円盤状の炎としてのガスの燃焼を示す。   FIG. 19 is an engine during the explosion stroke for the engine of FIG. 1 and shows the combustion of gas as a disc-shaped flame at the energy center.

図20は、図1のエンジンのための排気ストローク中のエンジンであり、矢印は、燃焼ガスが排気マニフォルドを介してシリンダを出ること示す。   FIG. 20 is an engine during the exhaust stroke for the engine of FIG. 1, and the arrows indicate that combustion gases exit the cylinder through the exhaust manifold.

図21は、図1のエンジンのためのダイレクトスワールエネルギーセンタ(DSEC)であり、エネルギーセンタの矢印は、HICSの方向を示す。   FIG. 21 is a direct swirl energy center (DSEC) for the engine of FIG. 1, where the energy center arrows indicate the direction of the HICS.

図22は、図1のエンジンのためのカウンタースワールエネルギーセンタ(CSEC)であり、エネルギーセンタの矢印は、HICSの方向が周方向スワールに対向すること示す。   FIG. 22 is a counter swirl energy center (CSEC) for the engine of FIG. 1, where the arrows on the energy center indicate that the HICS direction is opposite the circumferential swirl.

図23は、サンフラワーバルブガイドロックとサンフラワーバルブロックを有さないサンフラワーバルブ機構の分解図である。   FIG. 23 is an exploded view of a sunflower valve mechanism without a sunflower valve guide lock and sunflower valve block.

本主題の技術は、内燃(IC)機関のサンフラワー機構、即ち吸気バルブ機構及びターボピストンアセンブリに関し、特に、冷却損失を排除し、燃焼効率を向上し且つ有害なエミッションを減少する方法に関する。本明細書で開示されるシステムの利点及び他の特徴は、本発明の代表的実施形態を記述する図面と併せられる特定の好適な実施形態の以下の詳細な記述から当業者にとってより容易に明白になり、ここでは、同様な参照番号は、類似の構造要素を同定する。   The subject technology relates to sunflower mechanisms, i.e., intake valve mechanisms and turbo piston assemblies, for internal combustion (IC) engines, and more particularly to methods for eliminating cooling losses, improving combustion efficiency, and reducing harmful emissions. The advantages and other features of the system disclosed herein will be more readily apparent to those skilled in the art from the following detailed description of certain preferred embodiments, taken in conjunction with the drawings that describe exemplary embodiments of the invention. Where like reference numerals identify similar structural elements.

左、右、上及び下のような本明細書における全ての相対的記載は、図面を参照するものであり、制限する意味はない。加えて、明瞭化のために、共通のアイテムは、当業者によって理解されるように、図面には含まれていない。別段の定めがない限り、図示の実施形態は、特定の実施形態の変化する細部の例示的特徴を提供するものとして理解されることができ、従って、別段の定めがない限り、寧ろ、図示の特徴、コンポーネント、モジュール、要素、及び/又は態様は、本開示のシステム又は方法から実質的に離れることなく、組み合わされる、相互接続される、順序付けられる、分離される、相互交換される、位置決めされる、及び/又は再配置されることができる。加えて、コンポーネントの形状及びサイズは、また、例示的であり、且つ別段の定めがない限り、それらは、開示された技術に実質的に影響を及ぼす或いはそれを制限することなく変更することができる。   All relative descriptions herein such as left, right, top and bottom are with reference to the drawings and are not meant to be limiting. In addition, for the sake of clarity, common items are not included in the drawings, as will be appreciated by those skilled in the art. Unless otherwise specified, the illustrated embodiments can be understood as providing exemplary features of varying details of particular embodiments; therefore, unless otherwise specified, rather than illustrated Features, components, modules, elements, and / or aspects may be combined, interconnected, ordered, separated, interchanged, positioned without substantially departing from the system or method of the present disclosure. And / or can be rearranged. In addition, the shapes and sizes of the components are also exemplary and unless otherwise specified, they may be changed without substantially affecting or limiting the disclosed technology. it can.

以降、より十分に記載されるように、本自冷式エンジンは、シリンダ壁を冷却し且つシリンダ内での燃料の完全な燃焼を確実にするエンジン設計を提供する。この主題の技術は、別途の冷却システムの必要性を排除し、それによって、冷媒ポンプ、サーモスタット及び大量のエンジン出力を消費するファンのようなアクセサリーを排除する。   As will be described more fully hereinafter, the present self-cooled engine provides an engine design that cools the cylinder wall and ensures complete combustion of the fuel in the cylinder. The subject technology eliminates the need for a separate cooling system, thereby eliminating accessories such as refrigerant pumps, thermostats and fans that consume large amounts of engine power.

図1を参照すると、エンジンの断面図が示され、概して参照番号100によって参照される。エンジン100は、シリンダヘッド本体(8)、ロッカーアーム(6)、サンフラワーバルブ機構(3)、排気バルブ機構(2)、燃料インジェクター、点火プラグ(25)、吸気マニフォルド(29)、排気マニフォルド(12)、エンジンシリンダ(30)及びターボピストンアセンブリ(4)を備えるシリンダヘッドアセンブリ(1)を含む。   Referring to FIG. 1, a cross-sectional view of an engine is shown and is generally referenced by reference numeral 100. The engine 100 includes a cylinder head body (8), a rocker arm (6), a sunflower valve mechanism (3), an exhaust valve mechanism (2), a fuel injector, a spark plug (25), an intake manifold (29), an exhaust manifold ( 12) a cylinder head assembly (1) comprising an engine cylinder (30) and a turbo piston assembly (4).

シリンダヘッド本体(8)は、二つの同心円筒状ブロックの形態であり、そこでは、外側の円筒状ブロックは吸気室(27)と呼ばれ、且つ内側の円筒状ブロックは排気室(26)と呼ばれる。吸気マニフォルド(29)は、サンフラワーバルブ機構(3)を含む吸気室(27)に接続される。サンフラワーバルブ機構(3)は、シリンダヘッド本体(8)の環状空間内に同軸的に配置される。排気室(26)は、排気バルブ機構(2)を含み、排気マニフォルド(12)に接続される。排気バルブスプリング(7)は、シリンダヘッド本体(8)の段付き穴(9)に着座する。ロッカーアーム(6)は、シリンダヘッド本体(8)の頂表面に配置され、排気バルブスプリング(7)によって閉鎖位置に排気バルブ(11)を保つ。   The cylinder head body (8) is in the form of two concentric cylindrical blocks, in which the outer cylindrical block is called the intake chamber (27) and the inner cylindrical block is the exhaust chamber (26). be called. The intake manifold (29) is connected to the intake chamber (27) including the sunflower valve mechanism (3). The sunflower valve mechanism (3) is coaxially disposed in the annular space of the cylinder head body (8). The exhaust chamber (26) includes an exhaust valve mechanism (2) and is connected to the exhaust manifold (12). The exhaust valve spring (7) is seated in the stepped hole (9) of the cylinder head body (8). The rocker arm (6) is disposed on the top surface of the cylinder head body (8), and maintains the exhaust valve (11) in the closed position by the exhaust valve spring (7).

排気マニフォルド(12)と排気室(26)は、シリンダヘッド本体(8)の一体部分であるエルボー(図7に最も良く示される)の形態である。排気室(26)は、排気バルブスプリング(7)の力に抗して排気バルブシート(16)に着座される排気バルブ(11)を備える。シリンダヘッド本体(8)のねじ切り穴は、連続するスパークを供給する点火プラグ(25)と燃料を吸気室(27)に注入する燃料インジェクター(31)を受容する。吸気マニフォルド(29)軸と排気マニフォルド(12)軸との間の角度は、70°から90°の範囲である。図2、図3及び図4は、より良い理解と明瞭化のためのシリンダヘッドアセンブリの異なる図である。   The exhaust manifold (12) and the exhaust chamber (26) are in the form of an elbow (best shown in FIG. 7) which is an integral part of the cylinder head body (8). The exhaust chamber (26) includes an exhaust valve (11) seated on the exhaust valve seat (16) against the force of the exhaust valve spring (7). The threaded hole of the cylinder head body (8) receives a spark plug (25) that supplies a continuous spark and a fuel injector (31) that injects fuel into the intake chamber (27). The angle between the intake manifold (29) axis and the exhaust manifold (12) axis ranges from 70 ° to 90 °. 2, 3 and 4 are different views of the cylinder head assembly for better understanding and clarity.

エンジン100において、周方向吸気は、サンフラワーバルブ機構(図8の分解図にも良く示されている)によって達成される。サンフラワーバルブ機構(3)は、サンフラワー(ひまわり)のペタル(花弁)に似ている。サンフラワーバルブ機構(3)は、円筒状カム(26)によって動作されてサンフラワーバルブ機構(3)を開放及び閉鎖するように角運動を提供する。排気バルブ(11)は、従来のローブカムである排気バルブカム(34)と排気バルブフォロワー(33)(図5と図6に最も良く示されている)によって動作される。排気バルブカム(34)と円筒状カム(38)の両方は、カムシャフト(13)上に形成される。   In engine 100, circumferential intake is achieved by a sunflower valve mechanism (also well shown in the exploded view of FIG. 8). The sunflower valve mechanism (3) is similar to a sunflower petal. The sunflower valve mechanism (3) is actuated by a cylindrical cam (26) to provide angular motion to open and close the sunflower valve mechanism (3). The exhaust valve (11) is operated by an exhaust valve cam (34) and an exhaust valve follower (33) (best shown in FIGS. 5 and 6), which are conventional lobe cams. Both the exhaust valve cam (34) and the cylindrical cam (38) are formed on the camshaft (13).

サンフラワーバルブ(18)は、サンフラワーバルブ上部ガイド(17)とサンフラワーバルブ下部ガイド(19)との間に挟まれている。サンフラワーバルブ上部及び下部ガイド(17,19)は、サンフラワーバルブ上部ガイドロック(35)とサンフラワーバルブ下部ガイドロック(49)によってシリンダヘッド本体(8)内に固定されて静止したままである。サンフラワーバルブ下部ガイド(19)は、螺旋形状の半径方向チャネル(19a)を有し、それは、螺旋方向に空気の進入のための吸気通路を混合気に提供する。ガイドロック(35,49)上のセレーション(51)は、サンフラワーバルブガイド(17,19)に嵌り、サンフラワーバルブ(18)が運動中の時にサンフラワーバルブガイド(17,19)の回転を防止する(図9に最も良く示される)。サンフラワーバルブアセンブリは、サンフラワーバルブアセンブリカバー(50)によって底部で閉鎖される。   The sunflower valve (18) is sandwiched between a sunflower valve upper guide (17) and a sunflower valve lower guide (19). The sunflower valve upper and lower guides (17, 19) are fixed in the cylinder head body (8) by the sunflower valve upper guide lock (35) and the sunflower valve lower guide lock (49) and remain stationary. . The sunflower valve lower guide (19) has a helically shaped radial channel (19a), which provides the mixture with an intake passage for the entry of air in the helical direction. The serrations (51) on the guide locks (35, 49) fit into the sunflower valve guides (17, 19) and rotate the sunflower valve guides (17, 19) when the sunflower valve (18) is in motion. Prevent (best shown in FIG. 9). The sunflower valve assembly is closed at the bottom by a sunflower valve assembly cover (50).

サンフラワーバルブ機構は、サンフラワーバルブアセンブリストッパー(42)とサンフラワーバルブアセンブリサークリップ(45)との間に保持される(図7Aの拡大図に最も良く示される)。サンフラワーバルブアセンブリストッパーは、サンフラワーバルブ機構(3)の上方への移動を停止するための排気室の外側の環状突起であり、且つ下方への軸方向移動を防止するためにサンフラワーバルブアセンブリサークリップ(45)によって固定される。サンフラワーバルブ下部ガイド(19)は、吸入空気のより滑らかなパスとサンフラワーバルブ機構(3)へのより少ない熱伝達を提供するために、サンフラワーバルブ上部ガイド(17)の高さ(h1)に比較してより大きな高さ(h3)を有する。サンフラワーバルブ機構(3)へのより少ない熱伝達は、最小の熱膨張とより滑らかな動作を確実にする。サンフラワーバルブ上部ガイド(17)の高さ(h1)とサンフラワーバルブ(18)の高さ(h2)は、等しく且つサンフラワーバルブ下部ガイド(19)の高さ(h3)よりも小さい。ガス圧に起因する上方へのスラストは、嵌合表面の摩耗及び裂け目に関係なく気密シールを保証する。それは、サンフラワーバルブガイド(17,19)の全ての嵌合表面に必要であり、サンフラワーバルブ(18)は、完全にラップされて最小の力がそれ(サンフラワーバルブ(18))を起動するために要求される。   The sunflower valve mechanism is held between the sunflower valve assembly stopper (42) and the sunflower valve assembly circlip (45) (best shown in the enlarged view of FIG. 7A). The sunflower valve assembly stopper is an annular protrusion outside the exhaust chamber for stopping the upward movement of the sunflower valve mechanism (3), and the sunflower valve assembly is used to prevent the downward axial movement. It is fixed by a circlip (45). The sunflower valve lower guide (19) has a height (h1) of the sunflower valve upper guide (17) to provide a smoother path of intake air and less heat transfer to the sunflower valve mechanism (3). ) And a higher height (h3). Less heat transfer to the sunflower valve mechanism (3) ensures minimal thermal expansion and smoother operation. The height (h1) of the sunflower valve upper guide (17) and the height (h2) of the sunflower valve (18) are equal and smaller than the height (h3) of the sunflower valve lower guide (19). Upward thrust due to gas pressure ensures a hermetic seal regardless of mating surface wear and tear. It is necessary for all mating surfaces of the sunflower valve guide (17, 19), the sunflower valve (18) is fully wrapped and activates it with minimal force (sunflower valve (18)) Is required to do.

本エンジンで使用されるサンフラワーバルブ(18)は、36個のペタルを有する(サンフラワーバルブ機構の専門用語である。図10を参照)。サンフラワーバルブ機構(3)は、4°のポート角度(θ)に対して6°のペタル角度(φ)を有し、それによって、サンフラワーバルブ(18)は、1°のオーバーラップ角度を持って半径方向チャネルを完全に覆うことができる。5°の全角運動は、円筒状カム(38)と円筒状カムフォロワー(39)によってサンフラワーバルブ機構(3)を開放するために必要とされる。円筒状カム(38)の角度的遊びは、サンフラワーバルブ(18)におけるペタルの数を増加することによって減少させることができる。   The sunflower valve (18) used in the engine has 36 petals (a technical term for the sunflower valve mechanism, see FIG. 10). The sunflower valve mechanism (3) has a petal angle (φ) of 6 ° with respect to a port angle (θ) of 4 °, whereby the sunflower valve (18) has an overlap angle of 1 °. And can completely cover the radial channel. A full angular motion of 5 ° is required to open the sunflower valve mechanism (3) by the cylindrical cam (38) and the cylindrical cam follower (39). Angular play of the cylindrical cam (38) can be reduced by increasing the number of petals in the sunflower valve (18).

図11を参照すると、サンフラワーバルブ(18)は、サンフラワーバルブスプリングシート(48)上に着座されたサンフラワーバルブスプリング(37)の力によって閉鎖位置にある。図12を参照すると、サンフラワーバルブ(18)は、サンフラワーバルブスプリング(37)の力に抗して開放位置にある。図13は、カムシャフト軸(14)に関して円筒状カムフォロワー(39)の位置を参照している。閉鎖位置(39b)にある円筒状カムフォロワーと開放位置(39d)にある円筒状カムフォロワーは、円筒状カムフォロワー(39)の移動の端点にある。カムフォロワー中間位置(39c)は、カムシャフト軸と円筒状カムフォロワー軸(39a)が一致する時の点である。円筒状カムフォロワー(39)が円筒状パス内を移動すると、フォロワー軸(39a)は、カムシャフト軸(14)からシフトし、それは、フォロワーオフセットと呼ばれる。フォロワーオフセットは、最小であるべきであり、それによって、円筒状カム(38)が最大の力を円筒状カムフォロワー(39)に発揮することができる。このオフセットを減少するために、円筒状カムフォロワーのスイング角度(39e)は、フォロワー中間位置(39c)から等しいように分割されるべきである。   Referring to FIG. 11, the sunflower valve (18) is in the closed position by the force of the sunflower valve spring (37) seated on the sunflower valve spring seat (48). Referring to FIG. 12, the sunflower valve (18) is in the open position against the force of the sunflower valve spring (37). FIG. 13 refers to the position of the cylindrical cam follower (39) with respect to the camshaft shaft (14). The cylindrical cam follower in the closed position (39b) and the cylindrical cam follower in the open position (39d) are at the end points of the movement of the cylindrical cam follower (39). The cam follower intermediate position (39c) is a point when the camshaft shaft and the cylindrical cam follower shaft (39a) coincide. As the cylindrical cam follower (39) moves in the cylindrical path, the follower shaft (39a) shifts from the camshaft shaft (14), which is referred to as a follower offset. The follower offset should be minimal so that the cylindrical cam (38) can exert maximum force on the cylindrical cam follower (39). In order to reduce this offset, the swing angle (39e) of the cylindrical cam follower should be divided equally from the follower intermediate position (39c).

点火プラグ(25)は、エンジンを始動すると連続するスパークを発生し、且つ時間を定められない。点火プラグ(25)の目的は、ガスタービンで使用される燃焼器と同様の始動時の燃焼を開始することである。複数シリンダのエンジンの場合、単一の点火プラグが使用されてもよい。インジェクターは、吸気ストローク中に吸気室に燃料を注入する。   The spark plug (25) generates a continuous spark when the engine is started and is not timed. The purpose of the spark plug (25) is to initiate combustion at start-up similar to the combustor used in a gas turbine. For multi-cylinder engines, a single spark plug may be used. The injector injects fuel into the intake chamber during the intake stroke.

図14は、ターボピストンアセンブリ(4)とクランクシャフトの分解図を示す。図15を参照すると、インペラー(20)は、インペラーの一体部分であるインペラーシャフト(20a)を使用してピストンに取付けられ、且つインペラーサークリップ(54)によって固定される。インペラー(20)は、吸入混合気の力で自由に回転することができる。インペラーが高速で回転すると、捩じり力が圧縮負荷と共にピストン(22)に働き、従って、ターボピストンアセンブリ(4)は、捩じり−圧縮負荷を受ける。このタイプの負荷に耐えるために、従来の「I」断面接続ロッドは、丸の中に十字形がある(O−ポジティブとして読まれる)接続ロッド(23)で置き換えられる(図16)。インペラーブレードに働く負荷は、安全にOポジティブ接続ロッドに伝達され、従って、より高速時でのエンジンの安定性が向上する。   FIG. 14 shows an exploded view of the turbo piston assembly (4) and the crankshaft. Referring to FIG. 15, the impeller (20) is attached to the piston using an impeller shaft (20a) that is an integral part of the impeller and is secured by an impeller circlip (54). The impeller (20) can freely rotate by the force of the intake air-fuel mixture. As the impeller rotates at high speed, the torsional force acts on the piston (22) along with the compression load, and therefore the turbo piston assembly (4) is subjected to the torsion-compression load. To withstand this type of load, the conventional “I” cross-section connecting rod is replaced by a connecting rod (23) with a cross in the circle (read as O-positive) (FIG. 16). The load acting on the impeller blades is safely transmitted to the O-positive connecting rod, thus improving engine stability at higher speeds.

エンジン(100)において、混合気は、周方向吸い込みと呼ばれるシリンダ中に周方向から吸い込まれる。混合気のスワール流は、吸気ストローク中にシリンダ壁から熱を一掃する。圧縮ストローク中に、混合気の圧縮されたスワーリングは、エネルギーセンタ(21)で効果的に燃料分子を燃焼する。   In the engine (100), the air-fuel mixture is sucked from the circumferential direction into a cylinder called circumferential suction. The swirl flow of the mixture sweeps away heat from the cylinder wall during the intake stroke. During the compression stroke, the compressed swirling of the air-fuel mixture effectively burns fuel molecules at the energy center (21).

シリンダの周囲での混合気のスワーリングストリームは、周方向スワール(56)と呼ばれる。周方向スワール(56)は、シリンダ壁を冷却すること並びに炎がシリンダ壁に触れることができないように炎を逸らせることを担う。また、周方向スワール(56)は、シリンダ壁を冷却するためのファンとして働くインペラー(20)を回転させる。インペラーは、ターボピストンアセンブリと呼ばれるピストンに取り付けられる。ターボピストンアセンブリは、高負荷圧縮スワール即ちHICS(57)を発生するために圧縮ストローク中にスワーリング動作を更に激化させる。   The swirling stream of air-fuel mixture around the cylinder is called the circumferential swirl (56). The circumferential swirl (56) is responsible for cooling the cylinder wall and diverting the flame so that the flame cannot touch the cylinder wall. The circumferential swirl (56) also rotates an impeller (20) that acts as a fan for cooling the cylinder wall. The impeller is attached to a piston called a turbo piston assembly. The turbo piston assembly further intensifies the swirling action during the compression stroke to generate a high load compression swirl or HICS (57).

HICSを発生するためのスワーリングを強化するプロセスは、スワーリング激化と呼ばれる。HICSにおいて、分子は高速で非常に密に移動しているので、分子同士の衝突確立が増加する。周方向スワール(56)は、より少ない量の燃料がエネルギーセンタを活性化してピストンに対して有用な仕事を実行するので、シリンダ壁への炎の伝搬を防止して、効率を向上する。   The process of enhancing swirling to generate HICS is called swirling intensification. In HICS, molecules are moving very densely at high speed, so the probability of collision between molecules increases. The circumferential swirl (56) prevents the propagation of flame to the cylinder wall and improves efficiency because a smaller amount of fuel activates the energy center and performs useful work on the piston.

インペラーの中央部は、エネルギーセンタ(21)と呼ばれる。これは、混合気のスワーリングがHICS(57)を引き起こすために激化されるインペラーの内空間である。この空間において、高速分子は、短い期間内で最大エネルギーを解放するために複数の衝突を行う。HICS(57)の方向に依存して二つのタイプのエネルギーセンタがある。ダイレクトスワールエネルギーセンタとカウンタースワールエネルギーセンタである。   The central part of the impeller is called the energy center (21). This is the interior space of the impeller that is exacerbated because swirling of the air-fuel mixture causes HICS (57). In this space, fast molecules make multiple collisions to release maximum energy within a short period of time. There are two types of energy centers depending on the direction of the HICS (57). Direct swirl energy center and counter swirl energy center.

エネルギーセンタにおいて、分子は、分子量に依存して角運動量の保存の法則に基づく軌跡を移動し、より軽い分子は、より小さな軌跡を取り、より重い分子は、より大きな軌跡を取る。分子がエネルギーセンタに入ると、分子は、より小さい分子に分割され、より小さな軌跡を取る。エネルギーの解放は、分子が可能とする最小の軌跡に達する又は最大エネルギーを解放するまで生じる。   At the energy center, molecules move along a trajectory based on the law of conservation of angular momentum depending on the molecular weight, lighter molecules take smaller trajectories and heavier molecules take larger trajectories. As the molecule enters the energy center, the molecule is split into smaller molecules and takes a smaller trajectory. The release of energy occurs until the minimum trajectory allowed by the molecule is reached or the maximum energy is released.

掃引ファクタは、シリンダの効果的冷却を達成するための重要な基準である。掃引ファクタは、ボア直径の有効シリンダ長さ(隙間長+ストローク長)に対する比率である。
掃引ファクタ=ボア直径/有効シリンダ長(d/L)であり、そこでは、L=c+1である。
The sweep factor is an important criterion for achieving effective cooling of the cylinder. The sweep factor is the ratio of the bore diameter to the effective cylinder length (gap length + stroke length).
Sweep factor = bore diameter / effective cylinder length (d / L), where L = c + 1.

スワーリング激化は、HICS(57)を引き起こすために混合気のスワーリング動作を強化するプロセスである。スワーリング激化は、掃引ファクタ、周方向スワール角度(α)及びインペラースワール角度(β)に依存する。   Swirling intensification is a process that enhances the swirling behavior of a mixture to cause HICS (57). Swirling intensification depends on the sweep factor, circumferential swirl angle (α) and impeller swirl angle (β).

本願主題の技術のシリンダのエネルギーセンタ(21)は、燃料を燃焼する方法において従来の燃焼室と異なっている。排気ストローク中に、エネルギーセンタには余りの炎が常にある。余りの炎は、引き続くサイクルのためのかなりのエネルギーを有する。燃料は、エネルギーセンタのエネルギーレベルを維持するために余りの炎を補う目的で追加される。   The cylinder energy center (21) of the subject technology differs from conventional combustion chambers in the manner in which fuel is combusted. During the exhaust stroke, there is always excess flame in the energy center. The surplus flame has significant energy for subsequent cycles. Fuel is added to make up for excess flames to maintain the energy level of the energy center.

図17は、吸気ストロークを示し、そこでは、吸入された混合気が吸気マニフォルド(29)を介して入り、排気室(26)に衝突してそれを冷却する。点火プラグ(25)は、連続するスパークを発生し且つ燃料が吸入室(27)に注入される。吸気マニフォルドを通る空気流は、吸入室に沿って二股に分かれ、吸気ストローク中に、サンフラワーバルブ(18)を通ってシリンダ内に注入された燃料とスパークを活性化させる。サンフラワーバルブ下部ガイドのチャネルは、渦巻き状に湾曲されてノズルとして働き、空気を高速で周方向にスワールさせる。空気のスワーリング流は、インペラー(20)を回転させるインペラーブレードに衝突する。これは、周方向スワール(56)と呼ばれ、燃料は、効果的な燃焼を確実にするために十分に霧化される。   FIG. 17 shows the intake stroke, where the intake air mixture enters through the intake manifold (29) and collides with the exhaust chamber (26) to cool it. The spark plug (25) generates a continuous spark and fuel is injected into the suction chamber (27). The air flow through the intake manifold is bifurcated along the intake chamber and activates fuel and sparks injected into the cylinder through the sunflower valve (18) during the intake stroke. The sunflower valve lower guide channel is spirally curved and acts as a nozzle, allowing air to swirl in the circumferential direction at high speed. The air swirling flow impinges on the impeller blades that rotate the impeller (20). This is referred to as a circumferential swirl (56) and the fuel is sufficiently atomized to ensure effective combustion.

図18は、圧縮ストロークを示し、そこでは、サンフラワーバルブと排気バルブが閉鎖される。周方向スワールは、インペラーの中心で高密度圧縮スワール即ちHICS(57)を引き起こすように激化される。高密度圧縮スワール(57)は、即座に最大エネルギーを解放するために全ての分子が複数の衝突を行うことが確実となる。   FIG. 18 shows the compression stroke, where the sunflower valve and the exhaust valve are closed. The circumferential swirl is intensified to cause a high density compression swirl or HICS (57) in the center of the impeller. The dense compression swirl (57) ensures that all molecules make multiple collisions in order to immediately release maximum energy.

図19は、爆発ストロークを示し、そこでは、燃焼の熱いガスがピストンを下方へ移動せしめて熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する。炎は、円盤形状の炎(58)で発生される。炎は、以下の理由で、シリンダ壁に到達できない。
・ボア直径は、ストローク長よりも大きい。ピストン移動は、非常に短い時間に止まり、従って、炎がシリンダ壁に到達するのに十分な時間がない。
・インペラーブレードは、シリンダ壁に到達しないように炎を逸らせる。
・供給燃料は、エネルギーセンタで燃焼するのに丁度十分である。
FIG. 19 shows an explosion stroke, where the hot gas of combustion moves the piston down to convert thermal energy into mechanical energy. The flame is generated by a disc-shaped flame (58). The flame cannot reach the cylinder wall for the following reasons.
・ The bore diameter is larger than the stroke length. Piston movement stops in a very short time, so there is not enough time for the flame to reach the cylinder wall.
・ The impeller blade deflects the flame so that it does not reach the cylinder wall.
• The supplied fuel is just enough to burn in the energy center.

図20は、排気ストローク示し、そこでは、排気バルブを開放し(59)且つ燃焼生成物がシリンダ(30)から外へ排除される。ある量の熱いガスは、余りのエネルギーを有するシリンダ内に残る。この余りのエネルギーは、引き続くサイクルのために有用であり、それによって、より少ない燃料の供給で、エネルギーセンタのエネルギーレベルを維持できる。   FIG. 20 shows the exhaust stroke, where the exhaust valve is opened (59) and combustion products are expelled out of the cylinder (30). A certain amount of hot gas remains in the cylinder with too much energy. This excess energy is useful for subsequent cycles, thereby maintaining the energy level of the energy center with less fuel supply.

図18は、ディーゼルスワールエネルギーセンタ(DSEC)を示し、そこでは、HICSの方向は、周方向スワールと同じである。これは、分子が側面衝突に巻き込まれる単純なエネルギーセンタである。   FIG. 18 shows a diesel swirl energy center (DSEC) where the HICS direction is the same as the circumferential swirl. This is a simple energy center where molecules are involved in side collisions.

図19は、カウンタースワールエネルギーセンタ(CSEC)を示し、そこでは、HICS(57)の方向は、周方向スワール(56)の方向とは反対である。インペラーブレードは、カウンタースワールを発生するために負のスワール角度を有する。インペラー(20)は、空気流を反対方向へ逸らしてHICS(57)を生じさせるためにより多くの運動エネルギーを有するべきである。燃料分子は、それが高衝突速度でエネルギーセンタに入ると正面衝突に巻き込まれる。これによって、強力に接合された原子がこれらの分子を奪う或いはそれらの原子から電子さえ奪うことを可能とする。この種のエネルギーセンタは、低オクタン価燃料を燃焼するために使用することが可能である。   FIG. 19 shows a counter swirl energy center (CSEC) where the direction of the HICS (57) is opposite to the direction of the circumferential swirl (56). The impeller blade has a negative swirl angle to generate a counter swirl. The impeller (20) should have more kinetic energy to divert the air flow in the opposite direction to produce the HICS (57). Fuel molecules are involved in frontal collisions as they enter the energy center at high collision speeds. This allows strongly bonded atoms to take away these molecules or even take electrons from those atoms. This type of energy center can be used to burn low octane fuel.

図21は、ディーゼルスワールエネルギーセンタ(DSEC)であり、エネルギーセンタの矢印は、図1のエンジンに対するHICSの方向を示している。   FIG. 21 is a diesel swirl energy center (DSEC), where the arrows in the energy center indicate the HICS direction for the engine of FIG.

図22は、カウンタースワールエネルギーセンタ(CSEC)であり、エネルギーセンタの矢印は、HICSの方向が図1のエンジンに対する周方向スワールとは反対であることを示している。   FIG. 22 is a counter swirl energy center (CSEC), where the arrow of the energy center indicates that the HICS direction is opposite to the circumferential swirl for the engine of FIG.

図23は、サンフラワーバルブガイドロックとサンフラワーバルブロックを有さないサンフラワーバルブ機構の分解図である。関連技術の当業者によって理解されるように、図23のサンフラワーバルブ機構は、上述の図1〜図22のサンフラワーバルブ機構と同様の原理を利用する。従って、同様の参照番号は、同様の要素を示すために使用される。図23のサンフラワーバルブ機構の主な違いは、サンフラワーバルブ上部ガイドロック(35)、サンフラワーバルブロック(36)、及びサンフラワーバルブ下部ガイドロック(49)が夫々のリング(17)、(18)、(19)と一体化されていることである。このように、隆起(banking)表面(61)、(62)は、夫々表面(63)、(64)に抗して隆起して、ロック(35)、(49)の回転を防止する。   FIG. 23 is an exploded view of a sunflower valve mechanism without a sunflower valve guide lock and sunflower valve block. As will be appreciated by those skilled in the relevant art, the sunflower valve mechanism of FIG. 23 utilizes the same principle as the sunflower valve mechanism of FIGS. Accordingly, like reference numerals are used to indicate like elements. The main difference of the sunflower valve mechanism of FIG. 23 is that the sunflower valve upper guide lock (35), the sunflower valve block (36), and the sunflower valve lower guide lock (49) have their rings (17), ( 18) and (19). Thus, the bulging surfaces (61), (62) bulge against the surfaces (63), (64), respectively, to prevent rotation of the locks (35), (49).

従って、本願主題の技術は、エンジンを冷却するシリンダを有する自冷式エンジンを提供し、且つ既存のエンジンよりも効率的な燃焼を提供することが理解される。これらの理由で、本願主題の技術は、実質的に商業上の利益を有する技術における顕著な利点を奏する。   Accordingly, it is understood that the subject technology provides a self-cooled engine having a cylinder that cools the engine and provides more efficient combustion than existing engines. For these reasons, the subject technology provides significant advantages in technologies that have substantial commercial benefits.

主題の技術は、シリンダ軸と同軸である複数の半径方向チャネルを有するサンフラワーバルブ下部ガイドを含む。これらのチャネルは、サンフラワーバルブ機構によって開放される又は閉鎖される。主題の技術は、ガソリン燃料を使用するが、圧縮比と掃引ファクタを増加することによって、ディーゼル燃料の使用が可能となる。サンフラワーバルブ機構は、空気がシリンダに吸い込まれると、空気の周方向流れを引き起こす。空気のこの周方向流れはシリンダを冷却し且つ燃料をエネルギーセンタで効果的に燃焼させる。吸入空気流は、ピストンのインペラーを回転して、インペラーは、シリンダ壁を冷却するためのファンとして働く。燃焼中に、インペラーブレードは、炎のシリンダ壁への到達を逸らせると共に、エネルギーセンタとシリンダ壁との間の熱障壁としても働く。   The subject technology includes a sunflower valve lower guide having a plurality of radial channels that are coaxial with the cylinder axis. These channels are opened or closed by a sunflower valve mechanism. The subject technology uses gasoline fuel, but increasing the compression ratio and sweep factor allows the use of diesel fuel. The sunflower valve mechanism causes a circumferential flow of air when air is drawn into the cylinder. This circumferential flow of air cools the cylinder and effectively burns the fuel at the energy center. The intake air flow rotates the impeller of the piston, which acts as a fan for cooling the cylinder wall. During combustion, the impeller blades deflect the flame from reaching the cylinder wall and also act as a thermal barrier between the energy center and the cylinder wall.

示されるように、本願主題の技術のエンジンは、以前に使用された冷却機構に起因する損失を排除して不完全燃焼を顕著に減少する。本願主題の技術のエンジンにおいて、燃料が瞬時にシリンダの中心で燃焼して力をピストンの中心に発揮する。シリンダは、吸気の新鮮な流れによって冷却され、それによって、内燃機関に現在使用されている複雑な冷却機構を排除する。圧縮ストロークの終わりに生成される高負荷圧縮スワール(HICS)によって、燃料の全ての分子が燃焼に巻き込まれることが保証される。   As shown, the subject art engine significantly reduces incomplete combustion by eliminating losses due to previously used cooling mechanisms. In the engine of the subject technology, the fuel instantly burns at the center of the cylinder and exerts a force at the center of the piston. The cylinder is cooled by a fresh flow of intake air, thereby eliminating the complex cooling mechanisms currently used in internal combustion engines. A high load compression swirl (HICS) generated at the end of the compression stroke ensures that all molecules of the fuel are involved in the combustion.

本願主題の技術のエンジンは、サンフラワーバルブ機構とターボピストンを使用して空気の移動を流線形にすることによって高い度合いの均質な混合気を達成する。本願主題の技術の実施形態は、吸気ストローク中に吸気の新鮮な流れによってシリンダ壁を冷却できる自冷式エンジンを提供する。吸気は、シリンダ壁を横切って周方向にスワールしてシリンダを冷却する。燃料は、ピストンに対する有用な仕事を実行するためにのみ使用され、それによって、エンジンの効率を増加させる。また、燃料は、スワーリングプロセス中に完全に霧化されることにより、エネルギーセンタ(21)において効果的に燃焼される。   The engine of the subject technology achieves a high degree of homogenous mixture by streamlining air movement using a sunflower valve mechanism and a turbo piston. Embodiments of the subject technology provide a self-cooling engine that can cool a cylinder wall with a fresh flow of intake air during an intake stroke. The intake air is swirled circumferentially across the cylinder wall to cool the cylinder. The fuel is used only to perform useful work on the piston, thereby increasing engine efficiency. Also, the fuel is burned effectively in the energy center (21) by being completely atomized during the swirling process.

本明細書で主題の技術を具体化するある特定の構造が示され且つ記述されたが、部品の種々の変更及び再配置は、基礎をなす発明の概念の精神と範囲から逸脱することなく行われ得ること、及び添付の特許請求の範囲によって指摘される場合を除き、それらの変更及び再配置が本明細書で示され且つ記述された特定の形態に制限されないことは、当業者には明白である。   While certain structures embodying the subject technology have been shown and described herein, various modifications and rearrangements of parts may be made without departing from the spirit and scope of the underlying inventive concepts. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and rearrangements thereof are not limited to the specific forms shown and described herein, except as may be pointed out and by the appended claims. It is.

1 シリンダヘッドアセンブリ
2 排気バルブ機構
3 サンフラワーバルブ機構
4 ターボピストンアセンブリ
5 ロッカーアーム調節ネジ
6 ロッカーアーム
7 排気バルブスプリング
8 シリンダヘッド本体
8a エンジンシリンダとシリンダヘッドアセンブリのための締結スタッドとボルト
9 排気バルブスプリング用の段付き穴
10 シリンダ軸
11 排気バルブ
12 排気マニフォルド
13 カムシャフト
14 カムシャフト軸
15 排気マニフォルド軸
16 排気バルブシート
17 サンフラワーバルブ上部ガイド
17a サンフラワーバルブ上部ガイド半径方向チャネル
18 サンフラワーバルブ
18a サンフラワーバルブ半径方向チャネル
19 サンフラワーバルブ下部ガイド
19a サンフラワーバルブ下部ガイド半径方向チャネル
20 インペラー
21 エネルギーセンタ
22 ピストン
23 接続ロッド
24 クランクシャフト
25 点火プラグ
26 排気室
27 吸気室
28 吸気マニフォルド軸
29 吸気マニフォルド
30 エンジンシリンダ
31 燃料インジェクター
32 プッシュロッド
33 排気バルブカムフォロワー
34 排気バルブカム
35 サンフラワーバルブ上部ガイドロック
36 サンフラワーバルブロック
37 サンフラワーバルブスプリング
38 円筒状カム
39 円筒状カムフォロワー
39a 円筒状カムフォロワー軸
39b 閉鎖位置の円筒状カムフォロワー
39c 中間位置の円筒状カムフォロワー
39d 開放位置の円筒状カムフォロワー
39e 円筒状カムフォロワースイング角度
40 カムシャフトとプッシュロッドベアリング支持体のためのブラケット
41 円筒状カムフォロワー角運動のためのスロット
42 サンフラワーバルブアセンブリストッパー
43 サンフラワーバルブアセンブリサークリップを受容する凹所
44 排気バルブシートを受容する段付き穴
45 サンフラワーバルブアセンブリサークリップ
46 サンフラワーバルブロックハウジング
47 サンフラワーバルブ角度遊びのための矩形溝
48 サンフラワーバルブスプリングシート
49 サンフラワーバルブ下部ガイドロック
50 サンフラワーバルブアセンブリカバー
51 バルブロック上のセレーション
52 円筒状カムフォロワーパス
53 ピストンピン
54 インペラーサークリップ
55 吸気ストロークにおける空気と燃料の流れ
56 周方向スワール
57 高負荷圧縮スワール(HICS)
58 ガスの燃焼
59 排気バルブ開
60 排気流
サンフラワーバルブとインペラーの寸法
D サンフラワーバルブの直径
d サンフラワーバルブの内径
θ ポート角度
φ ペタル角度
h1 サンフラワーバルブ上部ガイドの高さ
h2 サンフラワーバルブの高さ
h3 サンフラワーバルブ下部ガイドの高さ
α 周方向スワール角度
β インペラースワールの角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head assembly 2 Exhaust valve mechanism 3 Sunflower valve mechanism 4 Turbo piston assembly 5 Rocker arm adjustment screw 6 Rocker arm 7 Exhaust valve spring 8 Cylinder head body 8a Fastening stud and bolt 9 for engine cylinder and cylinder head assembly 9 Exhaust valve Step hole 10 for spring Cylinder shaft 11 Exhaust valve 12 Exhaust manifold 13 Camshaft 14 Camshaft shaft 15 Exhaust manifold shaft 16 Exhaust valve seat 17 Sunflower valve upper guide 17a Sunflower valve upper guide radial channel 18 Sunflower valve 18a Sunflower valve radial channel 19 Sunflower valve lower guide 19a Sunflower valve lower guide radial channel 20 Impeller 21 Energy center 22 Piston 23 Connecting rod 24 Crankshaft 25 Spark plug 26 Exhaust chamber 27 Intake chamber 28 Intake manifold shaft 29 Intake manifold 30 Engine cylinder 31 Fuel injector 32 Push rod 33 Exhaust valve cam follower 34 Exhaust valve cam 35 Sunflower valve upper guide lock 36 Sunflower valve block 37 Sunflower valve spring 38 Cylindrical cam 39 Cylindrical cam follower 39a Cylindrical cam follower shaft 39b Cylindrical cam follower 39c in the closed position Cylindrical cam follower 39d in the intermediate position Cylindrical cam follower 39e in the open position Cylindrical cam follower swing angle 40 Bracket 41 for camshaft and push rod bearing support Cylindrical cam follower angular motion Slot 42 for sunflower valve assembly stopper 43 recess 44 for receiving sunflower valve assembly circlip stepped hole 45 for receiving exhaust valve seat 45 sunflower valve assembly circlip 46 sunflower valve block housing 47 sunflower valve angle Rectangular groove for play 48 Sunflower valve spring seat 49 Sunflower valve lower guide lock 50 Sunflower valve assembly cover 51 Serration on valve block 52 Cylindrical cam follower path 53 Piston pin 54 Impeller circlip 55 Air and intake stroke Fuel flow 56 Circumferential swirl 57 High-load compression swirl (HICS)
58 Gas combustion 59 Exhaust valve open 60 Exhaust flow Sunflower valve and impeller dimensions D Sunflower valve diameter d Sunflower valve inner diameter θ Port angle φ Petal angle h1 Sunflower valve upper guide height h2 Sunflower valve Height h3 Sunflower valve lower guide height α Circumferential swirl angle β Impeller swirl angle

Claims (8)

少なくとも一つのシリンダを有するエンジンであって、
サンフラワー機構と排気バルブ機構を備えるシリンダヘッド本体と、
前記シリンダにおけるストロークを介して移動可能な往復動ターボピストンアセンブリと、を備えるエンジン。
An engine having at least one cylinder,
A cylinder head body equipped with a sunflower mechanism and an exhaust valve mechanism;
A reciprocating turbo piston assembly movable through a stroke in the cylinder.
前記シリンダヘッド本体は、
前記シリンダヘッド本体の円筒状表面に配置された吸入マニフォルド及び排気マニフォルドと、
サンフラワーバルブ上部ガイドロック、サンフラワーバルブロック、サンフラワーバルブ下部ガイドロック、サンフラワーバルブアセンブリカバー及び円筒状カムフォロワーを収容する、前記シリンダヘッド本体の円筒状表面上のバルブロックアセンブリと、
カムシャフトとプッシュロッドのためのベアリング支持を提供するブラケットと、
前記シリンダ軸に沿うサンフラワーバルブアセンブリの移動を停止するために前記排気室の前記外側円筒状表面に配置される環状突起と、
前記シリンダ軸に沿う前記サンフラワーバルブアセンブリの移動を停止するために前記排気室の前記外側円筒状表面上に配置されるサンフラワーアセンブリサークリップを受容する、前記環状突起の下方の凹所と、
インジェクターと点火プラグを受容するための前記シリンダヘッド本体の頂表面上のねじ切り穴と、を備える請求項1に記載のエンジン。
The cylinder head body is
An intake manifold and an exhaust manifold disposed on a cylindrical surface of the cylinder head body;
A valve block assembly on the cylindrical surface of the cylinder head body that houses a sunflower valve upper guide lock, sunflower valve block, sunflower valve lower guide lock, sunflower valve assembly cover and cylindrical cam follower;
A bracket that provides bearing support for the camshaft and push rod;
An annular protrusion disposed on the outer cylindrical surface of the exhaust chamber to stop movement of the sunflower valve assembly along the cylinder axis;
A recess below the annular protrusion for receiving a sunflower assembly circlip disposed on the outer cylindrical surface of the exhaust chamber to stop movement of the sunflower valve assembly along the cylinder axis;
The engine of claim 1, comprising an injector and a threaded hole on a top surface of the cylinder head body for receiving a spark plug.
吸気マニフォルドに隣接して配置される前記サンフラワーバルブ機構又は吸気バルブ機構は、
吸気ストローク中に混合気を案内するためにエンジンシリンダ軸と同軸に配置される複数の半径方向チャネルを有し、かつ前記シリンダ軸回りの回転を防止するためにシリンダヘッド本体に固定されるサンフラワーバルブ上部ガイドと、
前記混合気を前記シリンダに案内して周方向スワールを発生させるために、前記エンジンシリンダ軸と同軸に配置される前記サンフラワーバルブ上部ガイドと一直線に複数の渦形状半径方向チャネルを有し、かつ前記シリンダ軸回りの回転を防止するためにシリンダヘッド本体に固定されるサンフラワーバルブ下部ガイドと、
前記吸気ストロー中に混合気流を許容するために、エンジンシリンダ軸と同軸に配置される複数の半径方向チャネルを有し、かつ円筒状カムフォロワーに固定され、前記円筒状カムフォロワーは、前記サンフラワーバルブに対して角運動を提供することと;
前記円筒状カムフォロワープロファイに従って角運動を前記サンフラワーバブルに付するために前記サンフラワーバルブロックの前記頂表面に配置される前記円筒状カムフォロワーと;
角度付きスロットが、前記円筒状カムフォロワーを角度付きパスに案内するために、前記円筒状ヘッド本体の前記サンフラワーバルブロックハウジンに形成されることと;
前記サンフラワーバルブを閉鎖位置に保つためにサンフラワーバルブスプリングシートに配置されるコイルスプリングと、を備える請求項1に記載のエンジン。
The sunflower valve mechanism or intake valve mechanism disposed adjacent to the intake manifold is:
A sunflower having a plurality of radial channels arranged coaxially with the engine cylinder shaft to guide the air-fuel mixture during the intake stroke and fixed to the cylinder head body to prevent rotation about the cylinder shaft A valve upper guide,
A plurality of vortex-shaped radial channels in line with the sunflower valve upper guide disposed coaxially with the engine cylinder shaft to guide the air-fuel mixture to the cylinder and generate a circumferential swirl; and A sunflower valve lower guide fixed to the cylinder head body to prevent rotation around the cylinder axis;
A plurality of radial channels arranged coaxially with an engine cylinder axis and secured to a cylindrical cam follower to allow mixed air flow during the intake straw, the cylindrical cam follower being Providing angular motion to the valve;
The cylindrical cam follower disposed on the top surface of the sunflower valve block for subjecting the sunflower bubble to angular motion according to the cylindrical cam follower profile;
An angled slot is formed in the sunflower valve block housing of the cylindrical head body to guide the cylindrical cam follower into an angled path;
The engine according to claim 1, further comprising a coil spring disposed on a sunflower valve spring seat to keep the sunflower valve in a closed position.
前記排気バルブ機構は、前記シリンダから燃焼ガスを放出する請求項1に記載のエンジン。 The engine according to claim 1, wherein the exhaust valve mechanism releases combustion gas from the cylinder. 前記カムシャフトの構造体は:
排気バルブカムと円筒状カムが前記カムシャフトの前記円筒状表面に配置されることと;
往復運動を前記プッシュロッドに付すための排気バルブカムと;
角運動を前記円筒状カムフォロワーに且つ前記サンフラワーバルブに付すための円筒状カムを備える請求項1に記載のエンジン。
The camshaft structure is:
An exhaust valve cam and a cylindrical cam are disposed on the cylindrical surface of the camshaft;
An exhaust valve cam for reciprocating the push rod;
The engine of claim 1, further comprising a cylindrical cam for applying angular motion to the cylindrical cam follower and to the sunflower valve.
前記ターボピストンアセンブリの構造体は、
前記ピストンの頂表面に回転可能に配置されるインペラーであって、前記インペラーがシリンダ軸回りに吸気混合気の力によって回転されることと、前記インペラーは、前記シリンダ軸に沿う移動を防止するために前記ピストンに固定されることと;
往復運動を回転運動に変化するための接続ロッドを備える請求項1に記載のエンジン。
The structure of the turbo piston assembly is:
An impeller rotatably disposed on a top surface of the piston, the impeller being rotated by a force of an air-fuel mixture around a cylinder axis, and the impeller for preventing movement along the cylinder axis Fixed to the piston;
The engine according to claim 1, further comprising a connecting rod for changing the reciprocating motion into a rotational motion.
前記サンフラワーバルブは、サンフラワーバルブ上部ガイドとサンフラワーバルブ下部ガイドとの間でシリンダ軸回りに回転可能であり、且つ前記サンフラワーバルブは、吸気ストローク中に前記シリンダ内への前記混合気の流れを許容するために、サンフラワーバルブ上部ガイドとサンフラワーバルブ下部ガイドの前記半径方向チャネルを覆わない;
前記サンフラワーバルブ機構において、サンフラワーバルブ下部ガイドの半径方向のらせん状のチャネルは、前記シリンダ内で周方向スワールを発生するために前記混合気の流れを前記シリンダ内に周方向へ向け;
前記サンフラワー機構によって発生された周方向スワールは、前記エンジンシリンダの壁を冷却し;
前記サンフラワー機構によって発生された前記周方向スワールは、爆発ストローク中に前記エンジンシリンダの壁への炎の伝搬を防止する請求項3に記載のエンジン。
The sunflower valve is rotatable about a cylinder axis between a sunflower valve upper guide and a sunflower valve lower guide, and the sunflower valve is configured to allow the mixture to enter the cylinder during an intake stroke. Do not cover the radial channels of the sunflower valve upper guide and sunflower valve lower guide to allow flow;
In the sunflower valve mechanism, a radial spiral channel of the sunflower valve lower guide directs the mixture flow circumferentially into the cylinder to generate a circumferential swirl within the cylinder;
A circumferential swirl generated by the sunflower mechanism cools the wall of the engine cylinder;
The engine according to claim 3, wherein the circumferential swirl generated by the sunflower mechanism prevents a flame from propagating to a wall of the engine cylinder during an explosion stroke.
前記ターボピストンアセンブリは、前記エネルギーセンタで高負荷圧縮スワールを引き起こすために圧縮ストローク中に上方へ移動し、前記高負荷圧縮スワールは、混合気を前記エネルギーセンタで完全に燃焼させる請求項5に記載のエンジン。 The turbo piston assembly moves upward during a compression stroke to cause a high load compression swirl at the energy center, the high load compression swirl causing the air-fuel mixture to completely burn at the energy center. Engine.
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